DE1503544B2

DE1503544B2 - Rotary piston vacuum pump

Info

Publication number: DE1503544B2
Application number: DE1503544A
Authority: DE
Inventors: Maximilian Dipl.-Phys. Dr. 6451 Bruchkoebel Wutz
Original assignee: Leybold Heraeus GmbH
Current assignee: Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Priority date: 1965-02-04
Filing date: 1965-02-04
Publication date: 1974-09-19
Also published as: GB1132436A; US3387772A; DE1503544C3; DE1503544A1; CH430028A

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehkolbenvakuumpumpe mit einem in einem Gehäusehohlraum mittels eines Exzenters geführten und in kreisende Bewegung versetzten sowie mit zahnartigen Ecken versehenen Drehkolben, welcher im Schlupfeingriff mit dem Gehäusehohlraum bzw. Arbeitsraum zusammenarbeitet, der eine zahnartige Ecke weniger aufweist als der Drehkolben, wobei zur Herstellung des Bewegungsablaufs eine Außenverzahnung und eine Innenverzahnung am Gehäuse und am Drehkolben vorgesehen sind, deren Übersetzungsverhältnis dem Verhältnis der Zahl der zahnartigen Ecken am Drehkolben und am Gehäuse entspricht.The invention relates to a rotary piston vacuum pump with a means in a housing cavity guided by an eccentric and set in circular motion as well as provided with tooth-like corners Rotary piston, which works in slip engagement with the housing cavity or working space, which has one tooth-like corner less than the rotary piston, for producing the sequence of movements external teeth and internal teeth are provided on the housing and on the rotary piston are whose transmission ratio is the ratio of the number of tooth-like corners on the rotary piston and on the housing.

An rotierende Vakuumpumpen, die als Vorvakuumpumpen einen Druck unter 20 Torr, vorzugsweise unter ΙΟ"¹ Torr, erzeugen sollen, werden sehr hohe Ansprüche gestellt, da sie imstande sein müssen, ein sehr großes Druckverhältnis zwischen Ansaug- und Atmosphärendruck (mindestens 40, z. B. bei einem Endvakuum von 1O^-40 Torr, aber bis rund 10⁷) zu erzeugen. Man benutzt in der Regel Drehschieberpumpen mit Drehzahlen, die bei kleinen Pumpen bis etwa 1500 Umdrehungen pro Minute betragen, oder Sperrschieberpumpen mit Drehzahlen von etwa 500 Umdrehungen pro Minute. Bei Drehschieberpumpen werden die Schieber mittels Federkraft oder Zentrifugalkräften an die Innenwand des Gehäuses gedrückt. Dies führt im Verein mit der hohen Drehzahl zu einer starken Abnutzung; auch können die Schieber schon bei relativ geringer Verschmutzung klemmen.Very high demands are made of rotating vacuum pumps, which are used as backing pumps to generate a pressure below 20 Torr, preferably below ΙΟ " ¹ Torr, because they must be able to maintain a very high pressure ratio between suction and atmospheric pressure (at least 40, e.g. B. at an ultimate vacuum of 10 ^-40 Torr, but up to around 10 ^{7. As a} rule, rotary vane pumps with speeds of up to about 1500 revolutions per minute for small pumps, or gate valve pumps with speeds of around 500 revolutions per minute are used In rotary vane pumps, the vanes are pressed against the inner wall of the housing by means of spring force or centrifugal forces.This, in combination with the high speed, leads to severe wear and tear, and the vanes can jam even with relatively little soiling.

Die Sperrschieberpumpen können wegen der hin und her gehenden Bewegung des Sperrschiebers, der gleichzeitig zum Einlaß der abzusaugenden Gase dient, keinen vollständigen dynamischen Massenausgleich erreichen; dies beschränkt die verwendbaren höchsten Drehzahlen und läßt damit — bei gegebenen Außenmaßen — das Saugvermögen gewisse, relativ geringe Werte nicht übersteigen. Dabei ist an sich die Sperrschieberpumpe als Vakuumpumpe besonders geeignet; denn sie hat im Sperrschieber einen Einlaßkanal relativ großen Querschnitts, und die Bewegung der rotierenden Teile ist mit geringer Abnutzung verbunden, da der Sperrschieber nur in einem zugehörigen Sperrschieberlager mit geeigneter Passung hin und her geschoben wird. Der Kolben rotiert im Gehäuse mit geringem Spiel, das durch Öl abgedichtet wird. Die Pumpe arbeitet also mit sogenannter »schwimmender« Dichtung.The gate valve pumps can because of the reciprocating movement of the gate valve, the serves at the same time as the inlet of the gases to be extracted, no complete dynamic mass balance reach; this limits the maximum usable speeds and thus leaves given external dimensions - the pumping speed should not exceed certain, relatively low values. Included the gate valve pump is particularly suitable as a vacuum pump; because it has in the gate valve an inlet passage of relatively large cross-section, and the movement of the rotating parts is less Wear connected, since the gate valve is only suitable in an associated gate valve bearing Fit is pushed back and forth. The piston rotates in the housing with little play caused by oil is sealed. The pump works with what is known as a "floating" seal.

Es sind aber Trochoidenmaschinen, d. h. Rotationskolbenmaschinen mit Trochoidenquerschnitt für den Rotor oder den Gehäusehohlraum, bekannt, die infolge des möglichen dynamischen Massenausgleichs hohe Drehzahlen zulassen. Sie haben in Form des »Wankelmotors« auch im Automobilbau Eingang gefunden und bewähren sich hier offenbar gut. In der VDI-Zeitschrift, Bd. 102 (1960), Heft Nr. 8, S. 293 ff. wird auf die Vielfalt der möglichen Bauformen derartiger Trochoidenmaschinen hingewiesen. Es gelang jedoch bisher nicht, solche Trochoidenmaschinen als brauchbare Vakuumpumpen auszubilden und einzusetzen, obwohl einige Formen dieser Maschinen schon als Verdichter Verwendung fanden. Dies hängt offenbar damit zusammen, daß beim Verdichter meist nur eine Kompression vom Atmosphärendruck auf einige (z. B. 10) Atmosphären Überdruck gefordert wird, während bei einer rotierenden Vakuumpumpe als Vorpumpe eine Kompression von mindestens 10~² Torr auf etwa 760 Torr, also eine rund 100 OOOfache Verdichtung gefordert wird. Auch von den in der britischen Patentschrift 216 von 1883 und der britischen Patentschrift 583 035 gezeigten Drehkolbenmaschinen, welche nach der jeweiligen Beschreibung der Patentschriften als Kompressor oder Saug- bzw. Förderpumpe verwendbar sein sollen, ist nicht bekannt, daß sie als Vakuumpumpen versucht oder verwendet wurden und damit als solche geeignet sind.However, trochoid machines, ie rotary piston machines with a trochoid cross section for the rotor or the housing cavity, are known which allow high speeds as a result of the possible dynamic mass balancing. They have also found their way into automobile construction in the form of the »Wankel engine« and are evidently proving their worth here. In the VDI-Zeitschrift, Vol. 102 (1960), Issue No. 8, p. 293 ff. The variety of possible designs of such trochoid machines is pointed out. So far, however, it has not been possible to design and use such trochoid machines as useful vacuum pumps, although some forms of these machines have already been used as compressors. This is obviously related to the fact that the compressor usually only requires a compression from atmospheric pressure to a few (e.g. 10) atmospheres overpressure, while with a rotating vacuum pump as a backing pump a compression of at least 10 ~ ² Torr to about 760 Torr, i.e. around 100,000-fold compression is required. The rotary piston machines shown in British patent specification 216 of 1883 and British patent specification 583 035, which according to the respective description of the patents should be used as a compressor or suction or feed pump, are also not known to have been tried or used as vacuum pumps and are therefore suitable as such.

Bei der in der britischen Patentschrift 216 von 1883 (insbesondere Fig. 5 und 6) gezeigten Ausführungsform einer Drehkolbenmaschine wird im Gehäusehohlraum ein im Querschnitt etwa die Form eines Bogenzweiecks mit zwei scharfen Ecken aufweisender und an einer Seite mit einer Innenverzah-In the embodiment shown in British Patent 216 of 1883 (particularly Figures 5 and 6) of a rotary piston machine, a cross-section roughly the shape of the housing cavity a curved triangle with two sharp corners and on one side with an internal tooth

nung versehener Drehkolben mittels einer Exzenteroder Kurbelwelle in Umlaufbewegung versetzt und dabei mittels eines gehäusefesten Ritzels, das mit der Innenverzahnung kämmt, so geführt, daß er zugleich eine Drehbewegung um seine eigene Achse ausführt. Der allen Stellungen des Drehkolbens angepaßte Gehäusehohlraum weist dazu im Querschnitt etwa die Form einer Kardioiden-Kurve mit einer nach innen vorspringenden stumpfwinkeligen zahnartigen Ecke auf. Durch die im Querschnitt relativ dünne, mit vergleichsweise sehr spitzwinkligen Ecken versehene Form des Drehkolbens steht zwar ein relativ großer nutzbarer Förderraum zwischen dem Drehkolben und der Gehäusehohlraumwand zur Verfügung, den der Drehkolben schnell und mit ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit in bezug auf die ungefähre Achse des Hohlraums durchstreift, aber als Vakuumpumpe dürfte sich eine solche Drehkolbenmaschine kaum eignen, da mit dem sehr spitzwinklige Ecken aufweisenden Kolben die bei einer Vakuumpumpe erforderliche Abdichtung zwischen Ansaugraum und Ausstoßraum (Druckverhältnis bis zu 10⁵) nicht verwirklicht werden kann, zumal auch eine Ölverdichtung in dieser Schrift nicht offenbart ist. Das gilt insbesondere dann, wenn der Kolben dieser vorbekannten Drehkolbenmaschine eine solche Stellung aufweist, bei der sich eine der beiden spitzwinkligen Ecken des Kolbens und die zahnartige Ecke der Ge-Musehohlraumwand gegenüberstehen.The rotary piston provided with a rotary piston is rotated by means of an eccentric or crankshaft and is guided by means of a pinion fixed to the housing that meshes with the internal toothing so that it also rotates around its own axis. The housing cavity, which is adapted to all positions of the rotary piston, has for this purpose in cross section approximately the shape of a cardioid curve with an inwardly protruding obtuse-angled tooth-like corner. Due to the shape of the rotary piston, which is relatively thin in cross section and provided with comparatively very acute-angled corners, a relatively large usable delivery space is available between the rotary piston and the housing cavity wall, which the rotary piston traverses quickly and at a non-uniform angular velocity with respect to the approximate axis of the cavity, However, such a rotary piston machine is hardly suitable as a vacuum pump, since the piston with very acute-angled corners ^{cannot achieve the sealing between the suction chamber and the discharge chamber (pressure ratio up to 10 5} ) required for a vacuum pump (pressure ratio up to 10 5), especially since oil compression is not disclosed in this document is. This is especially true when the piston of this previously known rotary piston machine has a position in which one of the two acute-angled corners of the piston and the tooth-like corner of the Ge-Musehohlraumwand face each other.

Bei einer Drehkolbenmaschine der eingangs genannten Art, wie sie aus der britischen Patentschrift 583 035 bekannt ist, hat der Drehkolben im Querschnitt etwa die Form eines Dreiecks mit nach außen gebogenen Seiten und abgerundeten Ecken. Die Querschnittsform des Kolbens ist dabei von einer Hypotrochoiden abgeleitet, stellt gleichsam eine nach innen gerückte Äquidistante zu einer Hypotrochoiden dar. Die Querschnittskontur des dazugehörigen Gehäusehohlraums bzw. Arbeitsraums für den Drehkolben entspricht der Hüllkurve aller Drehkolbenstellungen und weist dabei zwei nach innen vorspringende, zahnartige, abgerundete Ecken auf. Das "Übersetzungsverhältnis der zur Herstellung des Bewegungsablaufs für den Drehkolben an diesem vorgesehenen Innenverzahnung zur Außenverzahnung eines gehäusefesten Ritzels beträgt dabei 3 : 2. Dementsprechend weist die bekannte, hauptsächlich als Verdichter gedachte Maschine auch je zwei umfangsseitige Einlaß- und Auslaßöflmingen auf. Als Vakuumpumpe für höhere Leistung dürfte diese Maschine kaum geeignet sein, weil bei einer derartigen 3 : 2-Maschine nur relativ kleine Ansaug- und Auslaßöffnungen verwirklicht werden können, um einen Kurzschluß zwischen diesen Öffnungen zu vermeiden. Bei Verdichtern ist der Querschnitt der Ansaugöffnung wenig kritisch; die Leistung von Vakuumpumpen hängt jedoch wesentlich von der Größe des Querschnitts der Ansaugöffnung ab.In a rotary piston machine of the type mentioned at the outset, as described in the British patent 583 035 is known, the rotary piston has approximately the shape of a triangle with outward cross-section curved sides and rounded corners. The cross-sectional shape of the piston is of one Derived from hypotrochoid, it represents an inward equidistant to a hypotrochoid The cross-sectional contour of the associated housing cavity or working space for the rotary piston corresponds to the envelope curve of all rotary piston positions and has two inwardly projecting, tooth-like, rounded corners. That "Transmission ratio for producing the sequence of movements for the rotary piston on this The internal toothing provided for the external toothing of a pinion fixed to the housing is 3: 2. Accordingly, the known machine, which is mainly intended as a compressor, also has two circumferentials Inlet and outlet openings. As a vacuum pump for higher performance, this should Machine hardly be suitable, because with such a 3: 2 machine only relatively small suction and Outlet openings can be realized in order to avoid a short circuit between these openings. In the case of compressors, the cross section of the suction opening is not very critical; the performance of However, vacuum pumps essentially depend on the size of the cross section of the suction opening.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der Nachteile der weiter oben erwähnten Drehschieber- und Sperrschiebervakuumpumpen eine Vakuumpumpe zu schaffen, die eine »schwimmende Dichtung« ermöglicht, einen dynamischen Unwuchtausgleich zuläßt, damit für höhere Drehzahlen geeignet ist und ein großes Ansaugvermögen aufweist, wobei speziell eine Drehkolbenmaschine der eingangs erwähnten Art derart ausgebildet werden soll, daß die vorerwähnten erwünschten Eigenschaften bei ihrer Verwendung als Vakuumpumpe erreicht werden.The object of the present invention is to avoid the disadvantages of those mentioned above Rotary vane and gate vane vacuum pumps create a vacuum pump that is a »floating Seal «enables dynamic unbalance compensation, making it suitable for higher speeds is and has a large suction capacity, especially a rotary piston engine of the opening mentioned type should be designed such that the aforementioned desired properties when used as a vacuum pump.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Drehkolben in an sich bekannter Weise im Querschnitt die Form einer Ellipse hat, welche einer Hypotrochoiden mit Durchmesserverhältnis für die erzeugenden Kreise von 2: 1 entspricht, daß die Wand des Arbeitsraums im Querschnitt als Hüllkurve aller Drehkolbenstellungen mitTo solve this problem, it is proposed according to the invention that the rotary piston be in a manner known per se Way in cross-section has the shape of an ellipse, which is a hypotrochoid with diameter ratio for the generating circles of 2: 1 corresponds to the wall of the working space in cross section as an envelope curve for all rotary piston positions

ίο einer festen zahnartigen Ecke als Berührungspunkt zwischen ihm und dem Drehkolben ausgebildet ist und daß die Ansaugöffnung und die Auslaßöffnung des Arbeitsraums nahe neben dessen zahnartiger Ecke liegen.ίο a fixed tooth-like corner as a point of contact is formed between it and the rotary piston and that the suction port and the outlet port of the work area are close to its tooth-like corner.

Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß von der Vielzahl der möglichen Bauformen für Trochoidenmaschinen die in der vorerwähnten Weise ausgebildete Maschine als Vakuumpumpe besonders gut geeignet ist. Die Vorteile dieser Vakuumpumpe bestehen insbesondere darin, daß der Schöpfraum stets von Null aus jedesmal neu gebildet wird und daß sie dynamisch auswuchtbar ist und damit größere ■ Drehzahlen zuläßt. Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe weist deshalb z. B. ein mehr als doppelt so großes Saugvermögen wie eine Sperrschieberpumpe gleichen Bauvolumens auf.It has surprisingly been found that of the multitude of possible designs for Trochoid machines, especially the machine designed in the aforementioned manner as a vacuum pump is well suited. The advantages of this vacuum pump are in particular that the pump chamber is always formed anew every time from zero and that it can be dynamically balanced and thus ■ allows higher speeds. The vacuum pump according to the invention therefore has z. B. a more than double as large a pumping speed as a gate valve pump of the same construction volume.

Weitere Merkmale der Erfindung sind noch in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Further features of the invention are also characterized in the subclaims.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die in der bereits zitierten VDI-Zeitschrift veröffentlichte Darstellung der Vielfalt der möglichen Bauformen für Trochoidenmaschinen Bezug genommen. Hypo- und Epitrochoiden entstehen folgendermaßen: Rollt ein Kreis außen auf einem kleineren Kreis ab, so beschreibt ein fest mit dem Rollkreis verbundener Punkt eine Epitrochoide. Es entstehen nur dann geschlossene Bahnkurven, wenn das Durchmesserverhältnis i von Roll- und Abrollkreis sich wie zwei aufeinanderfolgende ganze Zahlen verhält, also:To further explain the invention, reference is made to the description of the variety of possible designs for trochoid machines published in the VDI magazine already cited. Hypo- and epitrochoids are created as follows: If a circle rolls on the outside of a smaller circle, a point firmly connected to the rolling circle describes an epitrochoid. Closed trajectories only arise if the diameter ratio i of the rolling and rolling circles behaves like two consecutive whole numbers, i.e.:

i= 1:2; 2:3; 3:4 usw.i = 1: 2; 2: 3; 3: 4 etc.

Rollt ein Kreis von innen auf einem festen Kreis ab, so beschreibt ein fest mit dem Rollkreis verbundener Punkt eine Hypotrochoide. Geschlossene Hypotrochoiden entstehen nur dann, wenn das Durchmesserverhältnis K der erzeugenden Kreise eine ganze Zahl ist. Für ein Durchmesserverhältnis K=2 ist die Hypotrochoide z. B. mit einer Ellipse identisch, für K—3 ähnelt die Hypotrochoide einem abgestumpften und ausgebauchten Dreieck, für K=4 einem abgestumpften Viereck.If a circle rolls from the inside on a solid circle, a point firmly connected to the rolling circle describes a hypotrochoid. Closed hypotrochoids only arise if the diameter ratio K of the generating circles is an integer. For a diameter ratio K = 2, the hypotrochoid is z. B. identical to an ellipse, for K- 3 the hypotrochoid resembles a truncated and bulging triangle, for K = 4 a truncated square.

Die möglichen Bauformen können deshalb in vier Gruppen aufgeteilt werden:The possible designs can therefore be divided into four groups:

FaUFaU Rotorrotor Gehäusecasing 1
60 ₂
3
41
60 ₂
3
4th innere Hüllkurve
Epitrochoide
innere Hüllkurve
Hypotrochoideinner envelope
Epitrochoid
inner envelope
Hypotrochoid Epitrochoide
äußere Hüllkurve
Hypotrochoide
äußere HüllkurveEpitrochoid
outer envelope
Hypotrochoid
outer envelope

Die als »Wankelmotor« bekannte Maschine entspricht dem Fall 1. Hier geschieht die Abdichtung der einzelnen Kammervolumina bekanntlich durch Dichtleisten am Rotor. Eine solche Maschine ist alsThe machine known as the "Wankel engine" corresponds to case 1. This is where the seal takes place of the individual chamber volumes is known by sealing strips on the rotor. Such a machine is called

Vakuumpumpe nicht geeignet, da diese eine Abdichtung an einer bestimmten Stelle des Gehäuses zwischen Ansaug- und Ausstoßöffnung erfordert. Aus demselben Grund ist der Fall 3 ebenfalls nicht verwendbar.Vacuum pump not suitable, as this creates a seal at a certain point on the housing required between suction and discharge port. For the same reason, case 3 is also not usable.

Eine Abdichtung an einer bestimmten, fest an dem Gehäuse befindlichen Stelle liefern nur die Fälle 2 und 4 mit einer Trochoiden als Rotor und einer äußeren Hüllfigur als Gehäuse, d. h. einem Gehäuse mit mindestens einer festen Abdichtungsstelle. Sie stellt eine (nach innen gerichtete) zahnartige »Ecke« der Gehäusehohlraumwand dar. Für z"=l: 2 gibt es beim Fall 4 eine solche »Ecke«, für ι = 2 : 3 deren zwei, für ζ = 3 :4 deren drei, im Falle 3 jeweils eine »Ecke« mehr.Only cases 2 provide a seal at a specific point firmly located on the housing and 4 with a trochoid as a rotor and an outer shell as a housing, d. H. a housing with at least one permanent sealing point. It represents a (inwardly directed) tooth-like »corner« of the housing cavity wall. For z "= 1: 2 there is such a" corner "in case 4, for ι = 2: 3 there is a corner two, for ζ = 3: 4 three more, in case 3 each one more "corner".

Der Fall 2 scheidet für die Verwendung als Vakuumpumpe aus folgendem Grunde aus: Zwischen den Ecken (mindestens zwei für den einfachsten Fall /=1:2) besitzt die Hohlraumwand bzw. Innenumfangswand des Gehäuses nach außen gewölbte Bogen. Sie werden vom Rotor nacheinander erfüllt oder freigegeben. Dies entspricht- ungefähr der Bewegung des Kolbens in einer Kolbenpumpe, zeigt also alle Nachteile dieser Pumpenform. Vor allem besitzt diese Pumpe ein schädliches Restvolumen. Dies würde die Arbeit als Vakuumpumpe mit dem erforderlichen großen Kompressionsverhältnis (> 50 000) unmöglich machen, d. h., sie könnte nur ein sehr schlechtes Vakuum erzeugen. Jeder der erwähnten Bogenräume, die als Förderräume dienen, bedarf wie bei einer Kolbenpumpe zweier Ventile, eines Ansaug- und eines Ausstoßventils. Da ein Ansaugventil bei der gewünschten großen Zahl von Umdrehungen aber nur einen jeweils relativ kleinen Ansaugquerschnitt freigeben kann, würde eine solche Pumpe auch aus diesem Grunde kein gutes Vakuum erzeugen können bzw. ein geringes Saugvermögen infolge von Drosselverlusten haben.Case 2 is ruled out for use as a vacuum pump for the following reason: Between the corners (at least two for the simplest case / = 1: 2) are owned by the cavity wall or inner peripheral wall of the case outwardly curved arches. They are fulfilled one after the other by the rotor or released. This corresponds roughly to the movement of the piston in a piston pump, FIG so all the disadvantages of this type of pump. Above all, this pump has a harmful residual volume. This would work as a vacuum pump with the required large compression ratio Make (> 50,000) impossible, d. i.e., she could only create a very bad vacuum. Each of the mentioned arched rooms, which serve as conveying rooms, As with a piston pump, it requires two valves, a suction and an exhaust valve. There a Intake valve with the desired large number of revolutions but only one relatively small one Can release intake cross-section, such a pump would not be a good one for this reason too Can generate a vacuum or have a low pumping speed due to throttling losses.

Der Fall 4 unterscheidet sich von dem eben diskutierten Fall 2 aber grundsätzlich. Bei ihm werden die freien Räume zwischen Rotor und Gehäuse nicht wie im Fall 2 immer wieder an denselben Stellen erzeugt. Die freien Räume rotieren, so daß sie an einer Stelle, d. h. an einer Seite eines festen Punktes, entstehen und an der anderen Seite verschwinden. Dadurch gibt dieser Fall 4 die Möglichkeit, eine Vakuumpumpe zu schaffen, wobei gemäß der Erfindung sich diejenige Ausführungsform als besonders geeignet erwiesen hat, bei der der Rotor die Form einer Hypotrochoiden mit K=2 hat.However, case 4 differs fundamentally from case 2 just discussed. In this case, the free spaces between the rotor and the housing are not created again and again in the same places as in case 2. The free spaces rotate so that they arise in one place, ie on one side of a fixed point, and disappear on the other side. As a result, this case 4 makes it possible to create a vacuum pump, the embodiment having proven to be particularly suitable according to the invention in which the rotor has the shape of a hypotrochoid with K = 2 .

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigtFurther advantages and details of the invention are explained below with reference to the drawing. It shows

F i g. 1 einen Rotor, dessen Umrißkontur die Form einer Hypotrochoiden mit K= 2 hat,F i g. 1 a rotor whose outline has the shape of a hypotrochoid with K = 2 ,

F i g. 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel einer Vakuumpumpe mit einem Rotor nach Fig. 1 undF i g. 2 shows a cross section through an exemplary embodiment of a vacuum pump with a rotor Fig. 1 and

F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Ausführungsbeispiel nach F i g. 2. F i g. 3 shows a longitudinal section through the exemplary embodiment according to FIG. 2.

In der F i g. 1 ist ein Rotor 16 dargestellt, dessen Umrißkurve durch eine Hypotrochoide mit K=2 gebildet wird, die bekanntlich einer Ellipse entspricht. Seine Bewegung wird durch die beiden Kreise 9 und 10 bestimmt, die aufeinander abrollen. Die Kreise 9 und 10 weisen ein Durchmesserverhältnis von 2: 1 auf. Zur Schaffung des Rotors bzw. Drehkolbens einer Pumpe wird ein Punkt 13 festgelegt, und zwar als Dichtungs- oder Berührungspunkt zwischen einem Einlaß 14 und einem Auslaß 15. Aus kinematischen Gründen wird der innere Kreis 10 festgehalten und der äußere Kreis 9 auf ihm abgerollt. Die richtige Form der Wand des Hohlraums des Gehäuses 19, also des Rotorarbeitsraums, ist in F i g. 1 noch nicht gezeigt. Die Querschnittskontur bzw. Umgrenzung dieses Hohlraums muß noch festgelegt werden. Jeder Punkt des Rotors beschreibtIn FIG. 1 shows a rotor 16 whose contour curve is formed by a hypotrochoid with K = 2 , which, as is known, corresponds to an ellipse. Its movement is determined by the two circles 9 and 10, which roll on each other. The circles 9 and 10 have a diameter ratio of 2: 1. To create the rotor or rotary lobe of a pump, a point 13 is established, namely as a sealing or contact point between an inlet 14 and an outlet 15. For kinematic reasons, the inner circle 10 is held and the outer circle 9 rolled on it. The correct shape of the wall of the cavity of the housing 19, that is to say of the rotor working space, is shown in FIG. 1 not yet shown. The cross-sectional contour or delimitation of this cavity has yet to be determined. Describes each point of the rotor

ίο eine Epitrochoide mit /=1:2. Die Form der Gehäusehohlraumwand ergibt sich deshalb als Hüllkurve aller Rotorstellungen und ist für /=1:2 ein »Eineck«, also ein Hohlraum mit einer nach innen gerichteten zahnartigen Ecke. Sie ist aus F i g. 2 ersichtlich. Der hypotrochoidenförmige bzw. ellipsenförmige Kolben dagegen weist zwei abgestumpfte »Ecken« bzw. Zähne auf.ίο an epitrochoid with / = 1: 2. The shape of the housing cavity wall therefore results as the envelope curve of all rotor positions and is for / = 1: 2 a "corner", ie a cavity with an inward directed tooth-like corner. It is from FIG. 2 can be seen. The hypotrochoidal or elliptical Piston, on the other hand, has two truncated "corners" or teeth.

In den Fig. 2 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel für eine arbeitsfähige Vakuumpumpe dargestellt.In Figs. 2 and 3, an embodiment for a working vacuum pump is shown.

Hierbei sind die aufeinander abrollenden Kreise 9 und 10 der F i g. 1 als Zahnräder ausgebildet. Das kleine Zahnrad 20 der halbschematischen F i g. 2 ist fest angeordnet. Auf ihm wälzt sich der innenverzahnte, gegenüber dem Zahnrad 20 die doppelte Zähnezahl aufweisende Zahnkranz 21 ab und nimmt den ellipsenförmigen Trochoiden-Drehkolben 22 mit. Seine Umf angsfläche bzw. Umrißkontur 23 wird analog zum Rotor 16 gemäß F i g. 1 durch eine Hypotrochoide mit K=2 gebildet, die einer Ellipse entspricht. Die Hohlraumwand des umgebenden Gehäusekörpers 24 hat die Form eines »Einecks« 25. Der Zahnkranz 21 befindet sich an einem Ende eines Rotorhohlraums, in den das feste Zahnrad 20 hineinragt und dadurch mit dem Zahnkranz kämmt.Here are the circles 9 and 10 of FIG. 1 designed as gears. The small gear 20 of the semi-schematic FIG. 2 is fixed. The internally toothed ring gear 21, which has twice the number of teeth compared to the gear wheel 20, rolls on it and takes the elliptical trochoidal rotary piston 22 with it. Its circumferential surface or outline contour 23 is analogous to the rotor 16 according to FIG. 1 formed by a hypotrochoid with K = 2 , which corresponds to an ellipse. The cavity wall of the surrounding housing body 24 is in the shape of a "corner" 25. The ring gear 21 is located at one end of a rotor cavity into which the fixed gear 20 protrudes and thereby meshes with the ring gear.

Die »Ecke« des Gehäusehohlraums erscheint in F i g. 2 als Punkt 26, der dem Punkt 13 in F i g. 1 entspricht und die Umf angsfläche 23 des Drehkolbens 22 (je nach den gewählten Passungen und Herstellungstoleranzen) fast berührt. Auf der einen Seite des Punktes 26 befindet sich die Ansaugöffnung 27, an der die Ansaugleitung 29 ausmündet. Auf der anderen Seite des Punktes 26 liegt die Auslaßöffnung 28, die mit einem Auslaßventil 30 versehen sein kann. Die anschließende Kammer 31 dient in diesem Falle der Aufnahme des Dichtungsöls 32. Die abgesaugten Gase werden über die Ausstoßleitung 33 in eine nicht gezeigte weitere Leitung gefördert.The "corner" of the housing cavity appears in FIG. 2 as point 26, which corresponds to point 13 in FIG. 1 and the circumferential surface 23 of the rotary piston 22 (depending on the selected fits and manufacturing tolerances) almost touched. On one side of the point 26 is the suction opening 27, at which the suction line 29 opens. On the other side of point 26 is the outlet opening 28, which can be provided with an outlet valve 30. The subsequent chamber 31 is used in this case the absorption of the sealing oil 32. The extracted gases are via the discharge line 33 in a non shown further line promoted.

Im Längsschnitt durch die Vakuumpumpe, also in Fig. 3, ist zu sehen, daß das Gehäuse aus dem Mittelteil 24 und den Stirnwänden 34 und 35 besteht. Der Rotor 22 wird von der Antriebswelle 36 über den fest auf ihr sitzenden Exzenter 37 angetrieben. Die Welle 36 und das von ihr durchsetzte kleine Zahnrad 20, das an der Stirnwand 34 befestigt ist, sind zueinander koaxial.In the longitudinal section through the vacuum pump, so in Fig. 3, it can be seen that the housing from the central part 24 and the end walls 34 and 35 consists. The rotor 22 is supported by the drive shaft 36 the eccentric 37, which is firmly seated on it, is driven. The shaft 36 and the small one penetrated by it Gear 20 attached to end wall 34 are coaxial with one another.

Die Welle 36 ist auf einer Seite in der StirnwandThe shaft 36 is on one side in the end wall

34 und auf der anderen Seite in der Stirnwand34 and on the other side in the front wall

35 gelagert. Sie ragt durch letztere hindurch und ist mittels einer bekannten Wellendichtung 38 abgedichtet. Auf dem äußeren Ende der Welle 36 ist das Gegengewicht 39 angebracht, das die Unwucht des Rotors 22 in bezug auf die Welle bzw. Pumpendrehachse statisch ausgleicht. Zum dynamischen Ausgleich kann die Welle 36 auch durch die Stirnwand 34 hindurchgeführt werden und dort ein weiteres Gegengewicht tragen.35 stored. It protrudes through the latter and is sealed by means of a known shaft seal 38. On the outer end of the shaft 36, the counterweight 39 is attached, which the unbalance of the Rotor 22 with respect to the shaft or pump axis of rotation is statically balanced. For dynamic compensation the shaft 36 can also be passed through the end wall 34 and another there Carry counterweight.

Die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Vakuumpumpen arbeiten mit Öldichtung, auch überlagertThe vacuum pumps shown in FIGS. 2 and 3 work with an oil seal, also superimposed

das Öl das Ventil. Die Abdichtung zwischen dem Kolben und dem Gehäuse erfolgt dabei also nur mittels Pumpenöl. Weiterhin kann die dargestellte Vakuumpumpe auch mit einer an sich bekannten Gasballasteinrichtung ausgerüstet sein.the oil the valve. The seal between the piston and the housing only takes place by means of pump oil. Furthermore, the vacuum pump shown can also be equipped with one known per se Be equipped with gas ballast equipment.

Eine Trochoidenvakuumpumpe kann an sich auch ohne Öldichtung und eventuell auch ohne Auslaßventil arbeiten. Sie gehört zu jenen Vakuumpumpen-A trochoid vacuum pump can also be used without an oil seal and possibly also without an outlet valve work. She is one of those vacuum pump

arten, die wie eine Wälzkolbenpumpe infolge möglicher hoher Drehzahlen eine große volumetrische Förderung ergeben. Die nicht ölgedichteten Spalte zwischen den Außenflächen der Rotoren und den Innenflächen der Gehäuse können wegen der größeren freien Weglänge der Moleküle bei höherem Vakuum als genügend dicht gelten, wenn noch eine übliche Vorpumpe nachgeschaltet wird.types that, like a Roots pump, have a large volumetric flow due to possible high speeds Funding result. The non-oil-sealed gaps between the outer surfaces of the rotors and the Inner surfaces of the housing can, because of the greater free path length of the molecules, at higher Vacuum is considered to be sufficiently tight if a conventional backing pump is connected downstream.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Rotary piston vacuum pump with an eccentric in a housing cavity Rotary lobes guided and set in circular motion and provided with tooth-like corners, which cooperates in slip engagement with the housing cavity or working space, which has one tooth-like corner less than the rotor, whereby for the production of the Movement sequence an external toothing and an internal toothing on the housing and on the rotor are provided whose transmission ratio is the ratio of the number of tooth-like corners corresponds to the rotary piston and the housing, characterized in that in per se As is known, the rotary piston (16, 22) has the shape of an ellipse in cross section, which corresponds to a hypotrochoid with a diameter ratio for the generating circles of 2: 1, that the wall (25) of the working space in cross section as an envelope curve of all rotary piston positions with a fixed tooth-like corner (26) as the point of contact between it and the rotary piston (16, 22) is formed and that the suction opening (27) and the outlet opening (28) of the Work area close to its tooth-like corner (26).

2. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that the seal on the Sealing points between the rotary piston (16, 22) and the working chamber wall (25) only by means of sealing and lubricating oil is done.

3. Vacuum pump according to claim 1 or 2, characterized in that it is known per se Way at the outlet opening (28) has an outlet valve (30).

4. Vacuum pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that it is provided with a known gas ballast device is provided.

5. Vacuum pump according to claim 1, characterized in that it without sealing means, This means that it can be operated in the work area even without sealing liquid, if you still have a usual one Backing pump is connected downstream as a low vacuum stage.